蔬菜大棚溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計研究

嚴(yán)思堃

[摘 要] 本文設(shè)計一種基于STC89C52單片機大棚溫度監(jiān)控電路，在硬件設(shè)計方面，完成了單片機電路設(shè)計、溫度檢測電路設(shè)計、顯示電路設(shè)計、報警電路模塊設(shè)計、按鍵輸入電路模塊設(shè)計及自動控制電路。在軟件設(shè)計方面，采用模塊化編程思想，C51語言編寫，上位機和下位機之間采用RS485串口通信。在系統(tǒng)測試方面，搭建了一個溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的測試平臺，經(jīng)過現(xiàn)場測試，該蔬菜大棚監(jiān)控系統(tǒng)對溫度的監(jiān)控達到了預(yù)期的要求。

[關(guān)鍵詞] 蔬菜大棚；溫度監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計

[中圖分類號] TP277 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2018）05-121-2

國內(nèi)在溫度控制系統(tǒng)的生產(chǎn)與開發(fā)上，其技術(shù)水平并不統(tǒng)一。生產(chǎn)成本較低的系統(tǒng)的使用壽命通常較短，不僅在控制精度上偏低，而且使用穩(wěn)定性較差。真正操作優(yōu)良、運行穩(wěn)定的產(chǎn)品，價格往往較貴，并不能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)使用[1-2]。因此，設(shè)計一套低成本、性能運轉(zhuǎn)良好、技術(shù)含量高的溫度測控系統(tǒng)，對溫室大棚產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 單片機電路設(shè)計

本系統(tǒng)主要將數(shù)個DS18B20溫度傳感器設(shè)置為測溫元件，實現(xiàn)對蔬菜大棚內(nèi)多點溫度的監(jiān)測，然后將收集到的數(shù)據(jù)由STC89C52單片機進行相應(yīng)分析與處理。整個系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖如圖1所示。

1.2 溫度檢測電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用DS18B20溫度傳感器，其對于線路起到了一定的精簡作用，并且電路的運行操作穩(wěn)定性較強。DS18B20溫濕度傳感器主要使用單總線的傳輸形式，在傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，其涉及一個電阻式濕度傳感器和一個NTC感溫元件。

1.3 顯示電路設(shè)計

系統(tǒng)顯示電路需要使用液晶屏LCD1602，其可以實現(xiàn)對32字符的顯示。顯示電路結(jié)構(gòu)中，第3腳對應(yīng)的是對比度調(diào)整功能，可以對20k電位器進行外接。第4引腳對應(yīng)的是寄存器選擇端口，第5引腳對應(yīng)的是讀寫控制線，第6引腳對應(yīng)的是使能端口，與單片機P2.3進行相連。第7～14腳對應(yīng)的是雙向數(shù)據(jù)端，與之相連的是單片機P0口。

1.4 報警電路模塊

報警電路模塊的設(shè)置主要是使用PNP三極管開對蜂鳴器，通過其聯(lián)動響應(yīng)，進而起到溫度監(jiān)控的報警作用，對應(yīng)的控制引腳是P3.7，在低電平的條件下，蜂鳴器將會產(chǎn)生聲音。對于該系統(tǒng)設(shè)計，還根據(jù)不同顏色的顯示，使用2個LED燈來醒目地表達出此時的溫度狀態(tài)，顯示出其環(huán)境的高低溫狀態(tài)。當(dāng)單片機P2.3接口對高電平進行輸出時，此時紅燈會亮，提示當(dāng)下的大棚環(huán)境溫度高；當(dāng)單品機P2.7口輸對低電平進行輸出時，此時綠燈會亮，提示當(dāng)下的大棚環(huán)境溫度低；當(dāng)大棚室內(nèi)溫度處于正常狀態(tài)時，紅綠燈將不會亮。

1.5 按鍵輸入電路模塊

蔬菜大棚的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計在鍵盤模塊電路的設(shè)計上，S1、S2和S3與單片機上的P3.2、P3.3和P3.4引腳分別對應(yīng)連接。當(dāng)處在主界面狀態(tài)時，將S1鍵按下，系統(tǒng)將處在最高報警溫度上限設(shè)置的操作中，對應(yīng)的S2和S3主要是對相應(yīng)的溫度值進行增減調(diào)整；操作S1鍵2次，將進行的是最低報警溫度下限數(shù)值的設(shè)置，其增減調(diào)整同上。

1.6 自動控制電路

在蔬菜大棚的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中，對于自動控制電路的設(shè)計主要是使用2個高電平觸發(fā)繼電器模塊，在系統(tǒng)的監(jiān)控過程中，對大棚室溫進行自動的加熱和降溫控制。繼電器的使用原理在于將對應(yīng)的小電流在通電后，基于一定連線來實現(xiàn)對大電流的有效自動控制。在高溫條件下，單片機對應(yīng)的接口將輸出高電平，對應(yīng)的繼電器接收到信號后進行傳輸。常閉接口與com口會進行短接，開始進行降溫操作。當(dāng)溫度低時，單片機與對應(yīng)的接口對高電平進行輸出，繼電器2收到信號后常閉接口與com口短接，開始升溫設(shè)備。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件通過所運用的模塊化編程的操作原則，使用C51語言來對編寫相應(yīng)的軟件程序。對于軟件部分的設(shè)計，包含的有按鍵掃描子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、液晶顯示子程序和報警子程序。

3 系統(tǒng)測試

在進行系統(tǒng)測試時，通過搭建相應(yīng)的測試平臺來開展系統(tǒng)的調(diào)試，將設(shè)備置于蔬菜大棚進行實地操作與處理，此時蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)運行正常，軟件操作效果表現(xiàn)良好。基于大棚中對部分環(huán)境溫度的監(jiān)控，收集到一定的試驗數(shù)據(jù)，并對其展開分析。在系統(tǒng)的測試過程中，主要是以植株生長的最后階段為主進行溫度參數(shù)的收集。表1為08：00—20：00每隔1 h的大棚溫度監(jiān)控系統(tǒng)所測數(shù)據(jù)。

本次測試是在冬季當(dāng)?shù)剞r(nóng)場的普通蔬菜大棚中展開的，通過測試平臺所得的數(shù)據(jù)及處理結(jié)果可知，蔬菜大棚溫度監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，使溫室大棚內(nèi)的環(huán)境基本能夠滿足農(nóng)作物的生長條件，基本達到了設(shè)計要求。

4 結(jié)論

本文設(shè)計一種基于STC89C52單片機大棚溫度監(jiān)控電路，在硬件設(shè)計方面，完成了單片機電路設(shè)計、溫度檢測電路設(shè)計、顯示電路設(shè)計、報警電路模塊設(shè)計、按鍵輸入電路模塊設(shè)計及自動控制電路。在軟件設(shè)計方面，采用模塊化編程思想，C51語言編寫，上位機和下位機之間采用RS485串口通信。在系統(tǒng)測試方面，搭建了一個溫室大棚監(jiān)控系統(tǒng)的測試平臺，將設(shè)備放置到溫室大棚中進行試驗，通過在溫室大棚中對部分環(huán)境因子的監(jiān)控得到了一些試驗數(shù)據(jù)，并對結(jié)果進行了分析，得到溫度監(jiān)控狀態(tài)基本良好。

參考文獻

[1]邢希君，宋建成.設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（21）：10-15.

[2]薄英男，郭輝，張學(xué)軍，等.淺談溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].新疆農(nóng)機化，2016（5）：37-40.